山區普通公路非飽和黏土路基邊坡防沉陷設計

潘友彬

摘要 傳統的路基邊坡防沉陷設計方法只關注施工期間的防沉陷措施，導致路基使用期間沉陷量大，為此，文章提出山區普通公路非飽和黏土路基邊坡防沉陷設計。布置沉陷管監測孔位對路基邊坡開展監測，針對監測部位實施分層沉陷測定，得到相關數據后對路基邊坡展開強夯處理，深層防護加固路基邊坡防止沉陷。實驗結果表明，三處監測位置沉陷量均小于4 mm，符合應用需求，說明山區普通公路非飽和黏土路基邊坡防沉陷設計具有實際的應用價值。

關鍵詞 山區公路；非飽和；黏土路基；路基邊坡；防沉陷設計

中圖分類號 U416文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）05-0105-03

0 引言

山區普通公路建設過程中，非飽和黏土路基邊坡的防沉陷設計是確保道路安全和穩定的關鍵環節。由于山區地形復雜，氣候多變，加之非飽和黏土的特殊性質，使得防沉陷設計更具挑戰性。非飽和黏土在山區公路路基中占有一定比例，其特殊的物理和力學性質使得路基的穩定性和耐久性受到嚴重影響。因此展開防沉陷設計，其主要目的是防止路基邊坡在自重和外部荷載的作用下發生沉降和變形，從而保證道路的安全和正常使用。在防沉陷設計時，需要考慮多種因素，如土體的物理性質等。綜上所述，山區普通公路非飽和黏土路基邊坡防沉陷設計是一個涉及多個領域的綜合性問題。因此，該文展開山區普通公路非飽和黏土路基邊坡防沉陷設計，確保山區普通公路的安全和穩定。

1 布置沉陷管監測孔位

在山區普通公路的非飽和黏土路基邊坡防沉陷設計中，首先對路基邊坡開展沉陷監測，該文選取了型號為IJJTM-G8600B的沉降管沉陷監測。該沉陷管采用PVC材質，管壁厚度5 mm，外徑75 mm，每一節管長度2.5 m[1]。為了方便長距離的安裝和使用，采用了不同沉陷管之間接頭銜接加長處理。在安裝過程中，同時進行鉆孔操作，孔位深度達到地基表面以下的位置。并在孔壁和沉陷管之間填充砂料且完成壓實處理，以確保磁環能夠自由移動。沉降磁環被布置在沉陷管的特定位置上，布置間距為4 m，固定環距沉降磁環1.5 m。沉陷管接頭處使用土工布包裹密封。安裝完成后，采用水泥砂漿對孔封堵并標記現場位置[2]。在沉陷觀測階段，使用鋼尺數據讀取和記錄。為了避免誤差，還需二次復讀以確保數據的準確性，最終的數據以兩次讀數的平均值為準。沉陷監測孔參數如表1所示。

布置沉陷管監測孔位在左右側路堤路肩處，孔底深入地面以下，沉陷環序號由上至下排列（磁環1～磁環5）。對路堤分層填筑內部的沉陷變化規律實測，沉陷孔深度選取為15～25 m，孔徑90 mm[3]。沉陷孔布置位置示意圖如圖1所示。

綜上所述，山區普通公路非飽和黏土路基邊坡防沉陷監測布置需要綜合考慮多種因素，包括點位選擇、監測深度、地質條件等。因此，基于上述步驟完成沉陷管監測布置。

2 分層沉陷測定

山區普通公路非飽和黏土路基邊坡的分層沉陷測定是一項重要的工程測量工作，它能夠提供關于邊坡穩定性和變形特征的重要信息。根據上文選取的測點位置分層沉陷測定，表達如式（1）所示：

（1）

式中，sc——非飽和黏土路基單層最終的沉陷量；eoi——第i層軟土路基應力對應孔隙比；eli——第i層軟土路基應力與附加應力對應孔隙比；hi——第i層非黏土飽和路基厚度（m）[4]。此時將土層分為若干層，計算非飽和黏土路基各層的沉陷量，利用分層總和法疊加?？偟膲嚎s量是各層的壓縮量之和，總的壓縮量可表示為：

（2）

式中，Δpi——非飽和黏土路基薄層中心應力；Ei——第i層非飽和黏土路基壓縮模量；Δhi——第i層非飽和黏土路基厚度；n——非飽和黏土路基總層數[5]。通過分層沉陷測定可以獲取準確的沉陷數據，為防沉陷設計和施工提供重要的技術支持。

3 路基邊坡強夯處理

結合以上措施對非飽和黏土進行強夯施工，將土體向周圍擠開并減少空隙，提高了土體的抗壓強度。采用梯形夯錘對土體進行強夯施工，梯形夯錘的振擊范圍面積要根據工程非飽和黏土的厚度和錘身重量確定，具體計算公式為：

（3）

式中，e——夯錘的底面面積；r——工程區不飽和黏土的厚度；z——夯錘的錘體質量。在完成上述夯錘的選取后，開展強夯施工。非飽和黏土路基強夯施工的示意圖如圖2所示。在施工現場，根據設計要求確定夯擊點位，并確保夯錘能夠與路基面緊密接觸。然后通過起重機將夯錘提升至預定高度，再使其自由下落，從而對路基沖擊夯實[6]。

按圖2中所示的方法，將夯打的位置分別標出，每一個夯實點的間距為1.5～2.5 m。用起重機吊起夯錘，對準夯點振搗。一次夯實點振擊3次，一次振擊可達1 000 kN，二次可達1 500 kN，三次可達2 000 kN。在強夯作業結束后，檢查坑中不飽和黏土層的空隙率。當空隙率仍在15%以上時，再次夯實，直至坑底不飽和黏土層空隙率低于15%。

4 深層防護加固路基邊坡

結合上述操作，利用攪拌樁法對非飽和黏土路基高強度防沉陷處理。利用水泥的固化作用，提高非飽和黏土的強度和穩定性。在攪拌樁施工前，需要對非飽和黏土路基進行表層處理，包括整平、清理等，再按照設計要求進行樁位布置和鉆孔操作，將水泥漿注入鉆孔中并與周圍的軟土充分攪拌混合[7]。在攪拌過程中，水泥漿會與非飽和黏土中的水分子發生水化反應，生成圓柱狀的水泥土，攪拌樁的有效長度可以表達為：

（4）

式中，D——攪拌樁樁徑；Ep——攪拌樁樁身；Es——攪拌樁樁周壓縮的模量。攪拌樁單樁的豎向承載力可表示為：

（5）

式中，fcuk——樁身加固土配比的抗壓強度平均值；η——攪拌樁強度的折減系數；Up——攪拌樁周邊長；qp——天然非飽和黏土路基承載力的標準值；qs——攪拌樁樁周天然非飽和黏土路基承載力折減系數。非飽和黏土路基的承載力計算，利用攪拌樁分擔荷載比原理可計算為：

（6）

式中，fsp——非飽和黏土路基承載力的標準值；fk——攪拌樁之間承載力的標準值；m——面積的置換率；β——攪拌樁之間承載力折減系數。攪拌樁非飽和黏土路基的變形主要是由復合的土層變形與攪拌樁的樁端土層變形部分組成。非飽和黏土路基的復合土層變形Sl表示為：

（7）

式中，P0——水泥攪拌樁群上表面的平均壓力；P0z——水泥土攪拌樁群樁體底面的平均壓力；l——實際的水泥土攪拌樁的樁長；EPS——非飽和黏土路基復合土層壓縮的模量。

EPS=mEp+（1?m）EsSl （8）

式中，Ep——水泥土攪拌樁壓縮的模量；Es——水泥土攪拌樁的樁間土壓縮模量。通過水泥攪拌樁法的應用，可以對非飽和黏土路基邊坡進行深層防護和加固，提高其承載能力和穩定性，從而保證公路的安全和穩定。

5 工程實例

5.1 工程概況

貴州省某山區公路第二標段項目路基工程（K8+790

～K9+060段）長度為70 m，路基右側邊坡為高邊坡，坡比為1∶5，路塹邊坡最大高度為5.9 m，路塹邊坡平均高度為6.5 m。工程所在地為丘陵地貌，路堤填筑材料主要采用路段周圍大范圍分布的風化素填土、土石混合材料、砌石。其中，下部砌石、中部土石混合材料的穩定性、強度較高，對素填土展開室內工程試驗。路段地基橫斷面向80 m范圍經勘察可知，地層巖性由下至上分為以下兩層：①粉砂巖層，中風化、稍密、含水率高、厚度30 cm、重度18 kN/m3 ，黏聚力150 kPa、泊松比0.21；②粉質土層，厚度10 cm、低液限、含水量豐富、內部粉砂含量高、重度19.5 kN/m3 ，黏聚力29 kPa、內摩擦角22 °。該高填方路堤填筑坡度1∶1.5，臺階式填筑形式，分9層填筑，由下至上分別選取砌石、土石混合材料（填料比1∶2）、風化素填土填筑。

5.2 工程準備

在該方案的設計中，為了保證項目成果的準確、有效，設置監控中所使用的儀器參數。監測設備參數如表2所示。

為了提高監測的準確性，提出在地表埋設小型棱鏡的方法。在已安裝的混凝土監測點上設置位移監測點，而抗滑樁直接設置在抗滑樁的頂面。采用手電鉆鉆出直徑2 cm、深4 cm的小孔，將 L形小棱柱埋入其中土層并用與之匹配的膨脹螺栓固定。該工程非飽和黏土路基土層主要的力學指標如表3表示。

水泥土攪拌樁的直徑為0.5 m，攪拌樁材料壓縮模量為180 MPa。在山區普通公路非飽和黏土路基邊坡防沉陷施工中，需要采取相應的安全措施，確保施工安全。包括制定安全規章制度、安全教育和培訓、配備安全設施和器材。還需要采取相應的環境保護措施，減少對周邊環境的影響。包括減少噪聲和振動的措施、控制施工廢水的措施、減少塵土污染的措施。

5.3 工程結果

為檢驗該文山區普通公路非飽和黏土路基邊坡防沉陷設計效果，選擇該工程三處位置監測每日沉陷量，具體沉陷量監測結果如圖3所示。

由圖3可以看出，在應用本文路基邊坡防沉陷設計后，三組路基邊坡位置沉陷的變化曲線均較平緩，沉陷量均小于4 mm，滿足設計要求。

6 結束語

在山區普通公路的建設中，非飽和黏土路基邊坡的防沉陷設計至關重要。由于山區地形復雜，降雨量大，黏土在非飽和狀態下的性能容易發生變化，可能導致邊坡的沉陷，進而威脅到公路的安全和穩定。因此，對非飽和黏土路基邊坡防沉陷設計能保證山區公路的運行安全。但山區普通公路非飽和黏土路基邊坡的防沉陷設計是一個需要不斷探索和完善的課題，只有通過持續的科研和實踐積累，才能為山區的公路建設提供更為安全、可靠的保障。

參考文獻

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